Kühlsystem F800ST zu effizient für den kühlen Norden?

[david]

Hallo Leute

Meine Strecke zur Arbeit beträgt hin und zurück gute 240 Autobahnkilometer, die ich vom Frühjahr bis spät in den Herbst hinein mit der F800ST zurücklege. Natürlich achte ich stark auf den Spritverbrauch per 100Km, der mit meiner Fahrweise regelmässig zwischen 3,6 und 3.8 Liter liegt. Am sparsamsten läuft mir jeweils die Maschine im Hochsommer, wenn die Aussentemperaturen über 30°C liegen. Einfach herrlich, wie beschleunigungssensibel und sparsam die F800 bei diesen Temperaturen dann läuft.

1. Beobachtung: Aussentemperatur 12°C und Regen, Fahrgeschwindigkeit knapp 120Kmh, die Motortemparatur fällt zusammen, (1 Marke unter normaler Betriebstemperatur), Spritverbrauch steigt gemäss Bordcomputer sofort auf 4,4Liter/100Km. Ich kann's kaum glauben...

2. Beobachtung: Bis meine ST auf Betriebstemperatur ist und somit optimal läuft, benötige ich im schnitt 8 Km Fahrstrecke. Im Sommer sind es leicht weniger, in den kühleren Jahreszeiten etwas mehr.

Frage: Weiss jemand, wie die Kühlung der F gesteuert ist? Kühlt sie gleich vom Start weg, oder setzt das System erst nach einer gewissen Betriebstemperatur ein?

Ich habe für den Herbstbetrieb versuchsweise einmal den Kühlergrill mit einer Kunststoffblende zu 80% abgedeckt und als positiver Effekt trotz 2°- 8°C Aussentemperaturen keinen höheren Autobahn-Verbrauch als 3,8L/100Km mehr verbucht. Interessanterweise ist trotz der Abdeckung die Motortemparatur nie über die normale Betriebstemperatur hinaus angestiegen. Auch bei einer längeren Fahrt (120Km) mit 23°C Aussentemperatur nicht.

Dieser Umstand gibt mir den leisen Verdacht, dass das F800-Kühlsystem "global" ausgelegt ist, das heisst, für unsere eher kühlen Breitengrade eigentlich zu stark kühlt?

Was ich auch nicht verstehe ist, weshalb ich trotz der Abdeckung immer noch 8-10 Km benötige, bis der Bock endlich heiss ist...

Gruss david

[HarrySpar]

Servus David,
die Motortemperatur wird rein vom Thermostatventil geregelt.
Und so ein Thermostatventil ist ein Proportionalregler. D.h. er regelt die Temperatur des Motors nur im Auslegungsfall auf genau den richtigen Wert. Jeder Proportionalregler hat außerhalb des Auslegungsfalls eine bleibende Regelabweichung. Zu 99,9% liegt der momentane Betriebszustand des Motorrads nicht punktgenau im Auslegungsfall. Entweder ist die Außentemperatur kühler oder wärmer als der Auslegungsfall oder aber die Geschwindigkeit und damit der Wind, der auf den Kühler trifft, ist stärker oder schwächer als der Auslegungsfall usw.
Folglich ist es völlig klar, daß bei sehr hohen Außentemperaturen oder langen Bergauffahrten der Motor wärmer wird als bei kühlen Außentemperaturen oder Bergabfahrten.
Bei mir dauert es auch immer bis an die 10km, bis der Motor seine Beharrungstemperatur hat (ich glaube 4 Balken).
Dein Motor würde auch mit 100% abgedecktem Kühler genau so lange brauchen, bis er warm wird. Denn so lange der Motor noch nicht warm ist, macht das Thermostatventil ja überhaupt nicht auf und es strömt auch kein Wasser durch den Kühler. Die Kaltlaufphase des Motors hängt also nicht davon ab, wieviel Wind der Kühler abbekommt, sondern nur von der Masse des Motors, die ja erst mal warm werden muß. Erst wenn diese ganze Motormasse warm ist und das Thermostatventil den Kreis zum Kühler aufmacht, macht es sich bemerkbar, ob du deinen Kühler abgeklebt hast.
Du kannst deinen Kühler bei der kalten Jahreszeit ruhig etwas abkleben. Du erreichst damit auf alle Fälle, daß der Motor durchschnittlich etwas wärmer wird.

Daß der Verbrauch im Sommer geringer ist, liegt allein schon daran, daß die Luft wärmer ist und damit die Luftdichte kleiner ist. Folglich ist der Luftwiderstand geringer.

[Kajo]

... so ein Thermostatventil ist ein Proportionalregler...

Den Begriff habe ich bisher noch nie gehört.

@ HarrySpar - Besten Dank für die, auch für einen Laien wie mich, technische Erklärung.

Gruß Kajo

[Andre]

...
1. Beobachtung: Aussentemperatur 12°C und Regen, Fahrgeschwindigkeit knapp 120Kmh, die Motortemparatur fällt zusammen, (1 Marke unter normaler Betriebstemperatur), Spritverbrauch steigt gemäss Bordcomputer sofort auf 4,4Liter/100Km. Ich kann's kaum glauben...

Hi,

das klingt für mich nicht normal, ich war mit der ST auch schon bei 3 Grad unterwegs, und wenn Sie erstmal warm ist und man nicht nur Bergab fährt bleibt sie warm.
Ich würde mal mit dem Freundlichen sprechen klingt für mich als würde das Thermostat klemmen oder sonstwie nicht funktionieren.
Wenn die Temperatur unter den gewünschten Wert absinkt muss es normalerweise zu machen und damit die weitere 'Unterkühlung' verhindern.

[Roadslug]

Sicher braucht ein Motor im Winter länger bis er warm wird. Der Motor wird ja schließlich nicht nur vom Kühlwasser sondern auch direkt vom Fahrtwind gekühlt. Gleichzeitig ist die Ansaugluft kälter wodurch der Motor auch innen stärker gekühlt wird. Der Fahrwiderstand und damit der Spritverbrauch hängt nicht nur von der höheren Luftdichte ab sondern auch dem kaltem Motor/Getriebeöl und dem höheren Rollwiderstand der kalten Reifen. Der entscheidende Mehrverbrauch kommt aber wohl von der längeren Warmlaufphase. Wenn der Ansaugtrakt recht kalt ist schlägst sich der Kraftstoff an der Wandung nieder. Es muss also wesentlich mehr eingespritzt werden um ein zündfähiges Gemisch zu bekommen.
Harry hat recht, die Thermostat-Kennlinie ist natürlich auf die maximale Kühlleistung ausgelegt. Und die ist für hohe Aussentemperatur und Vollgasfahrt auf der Bahn gegeben. Nur dabei braucht man die maximale Motorleistung und damit natürlich auch Kühlleistung. Abkleben des Kühlers halte ich für keine gute Idee. Wie leicht kann man da des Guten zu viel tun und dem Motor schaden. Der Motor erreicht auch bei tiefen Aussentemperaturen seine Betriebstemperatur, auch wenn es etwas länger dauert.

Roadslug

[AgentX]

Also meine Erfahrung bei Temperaturen um den Gefrierpunkt ist, dass sich die ST genauso verhält wie bei 30°C. Die Temperaturanzeige bleibt wie festgenagelt in der Mitte nach einigen Kilometern. Und der Verbrauch ändert sich auch nicht.

Hört sich also für mich auch nicht unbedingt normal an das Verhalten.

[HarrySpar]

Den Begriff (Proportionalregler) habe ich bisher noch nie gehört.

Da mußt du mal in Wikipedia schauen. Es gibt Proportionalregler (P-Regler), Integralregler (I-Regler), Differentialregler (D-Regler), Proportional-Integralregler (PI-Regler) ... Proportional-Integral-Differential-Regler (PID-Regler).

Ein Thermostatventil (z.B. daheim am Heizkörper oder in einem Motor) ist der klassische Proportionalregler schlechthin.
Da ist irgend ein Metall oder eine eingeschlossene Flüssigkeit, die sich bei Temperaturänderung ausdehnt und mit dem dadurch verbundenen Hub ein Ventil etwas weiter öffnet oder schließt.

Für Einsatzzwecke wie an einem Heizkörper oder einem Kühlwasserkreis eines Motors ist die Regelgenauigkeit ausreichend hoch.

Aber bei einem Proportionalregler bleibt eben fast immer eine bleibende Regelabweichung im Beharrungszustand.

Mal angenommen, man dreht daheim das Heizungsthermostatventil auf "2". Dann bewirkt das im Wohnzimmer im Auslegungsfall, also z.B. bei einer Außentemperatur von -2°C (und dem sich dadurch ergebenden Wärmebadarf für das Wohnzimmer) sagen wir mal eine Raumtemperatur von 20°C.

Wird es draußen aber noch kälter (z.B. -15°C), dann bewirkt "Stellung 2" im Wohnzimmer nicht mehr 20°C sondern vielleicht nur noch 18,5°C. D.h. es bleibt dauerhaft eine Regelabweichung von minus 1,5°C bzw. 1,5K.

Und andersrum, wenn es draußen +8°C hat, dann bewirkt "Stellung 2" im Wohnzimmer nicht mehr 20°C sondern vielleicht sogar 21.3°C. D.h. es bleibt dauerhaft eine Regelabweichung von plus 1,3°C bzw. 1,3K.

Diese Regelgenauigkeit ist also für so eine Wohnzimertemperatur völlig ausreichend.
Wenn man aber mit "Stellung 2" immer exakt 20,0°C Wohnzimmertemperatur erreichen will, dann braucht man einen Proportional-Integral-Regler (PI-Regler). Das I-Glied des PI-Reglers "merkt" sich sozusagen die Vergangenheit und rechnet im Mittel aus, wie hoch die Regelabweichung immer war (also z.B. minus 1,5K oder plus 1,3K). Es integriert also die Regelabweichung über der Zeit. Und unter Berücksichtigung dieses Ergebnisses regelt dann der Integral-Regler (I-Glied des PI-Reglers) nach, so daß man im Beharrungszustand nach einiger Zeit stets die gewünschten 20,0°C erreicht.

Tatsächlich bzw. genaugenommen ist es bei der Wohnzimmertemperatur mit dem Thermostatventil jetzt aber nicht so, wie ich beschrieben habe. Denn bei einer Haus-Heizungsanlage gibt es außer dem Thermostatventil am Heizkörper noch eine zweite Regelung. Und das ist die Regelung der Temperatur des Heizungswassers. Wenn es draußen sehr kalt ist, merkt das der Heizkessel im Keller anhand der Temperatur am Außenfühler und heizt das Wasser z.B. anstatt auf 45°C auf 60°C auf. Somit wird die bleibende Regelabweichung, die vom Heizkörperthermostatventil verursacht wird, eliminiert.

Wenn man nun also im Winter den Kühler teilweise zuklebt, dann wird die Motortemperatur auf alle Fälle höher. Also z.B. anstatt 84°C 86°C. Das sieht man an den Strichen in der Anzeige wahrscheinlich nicht, weil jeder Strich einen Temperaturbereich von sagen wir mal 15°C abdeckt.
Z.B. Unter 20°C ein Strich, unter 35°C zwei Striche, unter 50°C drei Striche usw.
Aber eine kleine Erhöhung bewirkt es auf alle Fälle. Halt immer abhängig vom momentanen Betriebszustand.

In meinem Corsa hatte ich noch eine Kühlwassertemperaturanzeige (der Pixo hat leider keine). Und ich kann mich noch erinnern, daß ich im Sommer bei 90km/h etwa 92°C hatte und im Winter etwa 87°C. Hätte ich den Kühler im Winter abgeklebt, hätte ich auch im Winter 93°C erreichen können.

[Roadslug]

Hey Harry
Gut erklärt, das mit dem PID-Verhalten von analogen Reglern. Aber bei einem Punkt muss ich dir widersprechen. Das Kühlwassertherrmostat im Motor ist kein analoger Regler sondern ein digitaler, soll heißen es kennt nur die beiden Stellungen ein oder aus. Das ganze funktioniert mit einem mit Wachs gefüllten Dehnstoffelement. Das Wachs schmilzt bei einer bestimmten Temperatur und dehnt sich dadurch aus, das Ventil wird geöffnet. Lediglich durch eine relativ große Hysterese zwischen den beiden Betriebspunkten wird ein quasi analoges Verhalten erzeugt. Bei modernen Motoren hat man meistens zweistufige Thermostate, das heißt es sind zwei Dehnelemente vorhanden, so dass man auch eine Zwischenstufe fahren kann. Dadurch lässt sich der Regelbereich deutlich vergrößern.

Roadslug

[Joe]

Was man auch beachten sollte ist, dass man im BC nur die Kühlwassertemperatur angezeigt bekommt.
Das ist nicht die Motortemperatur und nicht die Öltemperatur.
Die F hat darüber hinaus einen Ölwärmetauscher, der mit dem Wasserkühler gekoppelt ist.
Der Thermostat regelt die Kühlwassertemp. ziemlich genau. Das ist seine Aufgabe.Wenn die Kühlwassertemp. während der Fahrt (warmer Zustand) schwankt ist meistens der Thermostat kaputt. Der kühlt dann zu viel und die Steuerung geht dann in die Kaltlaufphase zurück.-> höherer Verbrauch
Kühlerabdeckungen sind gefährlich. Da kann u.U. der Motor schnell abrauchen. Die Kühler sind zwar auf ein Maximum ausgelegt, jedoch hab ich schon öfters von Problemen hier im Forum gelesen.

[HarrySpar]

Servus Roadslug,
das mit dem F800-Thermostat verstehe ich jetzt gar nicht.
Ich dachte, daß da ein Bimetall drin ist, welches über einen bestimmten Temperaturbereich immer weiter öffnet, also von 0% offen (z.B. bei 85°C) auf 100% offen (z.B. bei 92°C).

Wie soll das nochmal genau funktionieren mit dem Wachs?
So wie du sagst, würde das F800-Thermostat ja dann nur zwei Stellungen kennen (0% und 100%).

Unter Berücksichtigung der von dir erwähnten Hysterese könnte das Thermostat ja dann gar nicht gut auf schnelle Temperaturänderungen reagieren. Es könnte doch dann auch gar nicht gut regeln. Es würde doch dann ständig z.B. im 20s-Rhythmus voll öffnen und dann wieder voll schließen. Und die Motortemperatur würde dementsprechend im selben Takt immer in etwa sinusförmig rauf und runter gehen. Z.B. von 85°C auf 95°C auf 85°C auf 95°C usw.!?!?

I ich stelle mir gerade folgenden Fall vor: Erst räubere ich auf der Südseite eines Bergs bei 35°C in der Sonne mit Vollgas in niedrigen Gängen hinauf und anschließend rolle ich auf der kühlen Nordseite des Bergs mit ganz geschlossenem Gas im 6. Gang hinunter bei 20°C im Schatten. Dann würde durch die Hysterese das Thermostat noch eine Weile 100% offen bleiben und der Motor von z.B. 90°C blitzschnell auf 50°C abkühlen. Da müßte dann auf der Anzeige mindestens ein Balken, wenn nicht sogar zwei, für kurze Zeit verschwinden.

Das check ich jetzt nicht?????

[Art Vandelay]

Hier die prinzipielle Funktionsweise, nennt sich Dehnstoffelement: http://de.wikipedia.org/wiki/Dehnstoffelement

Und bei 5:00 sieht man, wies aufmacht:

[HarrySpar]

Hier die prinzipielle Funktionsweise, nennt sich Dehnstoffelement: http://de.wikipedia.org/wiki/Dehnstoffelement

Und bei 5:00 sieht man, wies aufmacht:

Danke! Sehr interessant.
Jetzt wäre noch wichtig zu wissen, ob dieses Wachs bei einem genauen Temperaturpunkt oder in einem Temperaturbereich schmilzt.

Öffnet das Thermostatventil also bei einem exakten Temperaturpunkt von 0% auf 100% oder öffnet es über einen gewissen Temperaturbereich von 0% auf 100%.

Wenn ich mir das so vorstelle: Wenn es schlagartig bei einem genauen Temperaturpunkt öffnet, dann würde das Ventil im Fahrbetrieb ja ständig takten. Also eine Zeit lang 0% auf. Dann wird der Motor wieder warm. Dann wieder 100% auf. Dann wird der Motor wieder kalt. Dann wieder 0% auf. Usw.

Das wäre ja dann kein Proportionalregler sondern ein reiner Zweipunktregler (Auf - Zu).

[Roadslug]

Natürlich gibt es einen Temperaturbereich bis die Phasenumwandlung gänzlich abgeschlossen ist. Das Thermostat öffnet und schließt also relativ langsam, so dass also ein gewisser "analoger" Effekt auftritt. Das ändert aber prinzipiell nichts an der Zweipunkt-Funktion. Temperaturregelung ist ja sowieso eine eher banale Angelegenheit, weil eine Temperaturänderung alles andere als ein hochdynamischer Vorhang ist. Ob nun die Istwertkurve der Sollwertkurve einige Sekunden hinterherhinkt ist in den meisten Fällen ohne Bedeutung.
btw.
Das in dem verlinkten Videoclip gezeigte Thermostat dürfte IMHO mindestens 40Jahre alt sein. Zumindest bei BMW-Pkws werden heute i.d.R. Thermostate mit zwei koaxial angeordneten Dehnstoffelementen verwendet, die bei unterschiedlichen Temperaturen reagieren. Dadurch hat man nicht nur zwei Arbeitsbereiche sondern deren vier, wodurch sich eine wesentlich feinfühligere Abstimmung erreichen lässt. Dazu kommt mit der Lüftersteuerung noch eine weitere Regelgröße für die Kühlwassertemperatur.

MACaerer

[HarrySpar]

Habe mir nochmal Gedanken gemacht.
Dieses Wachs hat ja eine bestimmte Masse (10 .... 30 Gramm).
Somit dauert es schon eine gewisse Zeit, bis es komplett geschmolzen ist. Trägheit! Und es dauert auch eine gewisse Zeit, bis es komplett erstarrt.
Der Vorgang des Öffnens und auch des Schließens des Ventils dauert also stets eine gewisse Zeit lang.
Und während dieser Zeit befindet sich das Ventil dann in irgendwelchen Zwischenstellungen (87% auf oder 55% auf oder 19% auf .....).
Während das Ventil in irgend so einer Zwischenstellung ist, ist dann natürlich auch der Kühlwasserfluß in irgendeiner Zwischenstellung, was sich sofort wieder auf die Motortemperatur auswirkt.

Somit handelt es sich dann doch wieder um einen Proportionalregler, also um einen Regler, der "proportional" zur Temperatur einen bestimmten Ventilhub bewirkt.

[Roadslug]

*Lach*
Du lässt nicht locker wie? Natürlich hast du in gewisser Weise recht. Das Ganze ist also weder Zweipunkt noch analog, sondern irgend etwas dazwischen. Belassen wir es dabei, lehnen uns gemütlich zurück und freuen uns auf die nächste Motorradsaison die leider frühestens in 3Monaten beginnt.

Roadslug